人的心脏在受孕后大约三周开始形成。 这将心脏发育的早期阶段置于女性通常仍未意识到自己怀孕的时期。 这就是为什么我们仍然对心脏如何形成的许多细节知之甚少的原因之一。 动物研究的结果不能完全转移到人类身上。 TUM 开发的类器官可能对研究人员有帮助。

一个由 35,000 个细胞组成的球

与心血管疾病再生医学教授 Alessandra Moretti 合作的团队开发了一种使用多能干细胞制造一种“迷你心脏”的方法。 大约 35,000 个细胞在离心机中旋转成一个球体。 在几周的时间里，不同的信号分子按照固定方案添加到细胞培养物中。 “通过这种方式，我们模拟了体内控制心脏发育程序的信号通路，”Alessandra Moretti 解释道。 该小组现已将其工作发表在《自然生物技术》杂志上。

有史以来第一个“心外膜”

由此产生的类器官直径约为半毫米。 虽然它们不泵血，但它们可以受到电刺激，并且能够像人类心室一样收缩。 Moretti 教授和她的团队是世界上第一批成功创建含有心肌细胞（心肌细胞）和心壁外层细胞（心外膜）的类器官的研究人员。 在心脏类器官的年轻历史中——第一个在 2021 年被描述——研究人员之前只用心肌细胞和来自心脏壁内层（心内膜）的细胞创造了类器官。

“要了解心脏是如何形成的，心外膜细胞是决定性的，”该研究的第一作者 Anna Meier 博士说。 “心脏中的其他细胞类型，例如连接组织和血管的细胞，都是由这些细胞形成的。 心外膜在形成心腔方面也起着非常重要的作用。” 该团队恰当地将新类器官命名为“心外膜”。

发现新的细胞类型

除了生产类器官的方法外，该团队还报告了其第一个新发现。 通过对单个细胞的分析，他们确定了最近才在小鼠身上发现的一种前体细胞是在类器官发育的第七天左右形成的。 心外膜由这些细胞形成。 “我们假设这些细胞也存在于人体内——哪怕只存在几天，”Moretti 教授说。

这些见解也可能提供线索，说明为什么胎儿心脏可以自我修复，而成年人的心脏几乎完全没有这种能力。 这些知识可能有助于找到治疗心脏病和其他疾病的新方法。

生产“个性化类器官”

该团队还表明，类器官可用于调查个体患者的疾病。 研究人员使用来自一名患有努南综合征的患者的多能干细胞，在培养皿中生成了模拟该病症特征的类器官。 在接下来的几个月里，该团队计划使用类似的个性化类器官来研究其他先天性心脏缺陷。

由于有可能在类器官中模拟心脏病，未来可以直接在类器官上测试药物。 “可以想象，这样的测试可以减少开发药物时对动物实验的需求，”Alessandra Moretti 说。

类器官研究是慕尼黑工业大学的重点研究领域

研究人员已经为创建心脏类器官的过程注册了一项国际专利。 Epicardioid 模型是 TUM 的几个类器官项目之一。 在类器官系统中心，来自不同部门和主席的工作组将进行协作。 他们将通过最先进的成像和细胞分析对胰腺、大脑和心脏类器官进行跨学科研究，以研究器官的形成、癌症和神经退行性疾病，并通过人体 3D 系统取得医学进展。